KR20230156063A - 반도체 제조 프로세스를 특성화하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
기판에 수행된 반도체 제조 프로세스를 특성화하기 위한 방법 및 장치. 제 1 프로세스 단계 이후에 측정된 기판의 지문 데이터와 연관된 제 1 데이터가 획득된다. 제 2 프로세스 단계 이후에 측정된 기판의 지문 데이터와 연관된 제 2 데이터가 획득된다. 제 1 및 제 2 데이터를 제 1 데이터와 제 2 데이터 사이에서 상호 상관되는 지문 성분들의 제 1 클래스 및 제 1 데이터와 제 2 데이터 사이에서 상호 상관되지 않는 지문 성분들의 제 2 클래스로 분해하기 위해서 통계적 모델이 사용된다. 지문 성분들의 제 1 클래스 및 지문 성분들의 제 2 클래스 중 적어도 하나가 반도체 제조 프로세스를 특성화하기 위해서 사용된다.
Description
관련 출원들에 대한 상호 - 참조
본 출원은 2021년 3월 11일에 출원되고 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합되는 EP 출원 번호 제 21162049.7의 우선권을 주장한다.
본 발명은 복수 개의 프로세스 단계를 포함하는 반도체 제조 프로세스를 특성화하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 처리 단계 중에 획득된 데이터를 지문 성분의 상관 클래스 및 비상관 클래스로 분해하는 것에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 원하는 패턴을 기판에 적용하도록 구성된 기계이다. 리소그래피 장치는 예컨대 집적회로(IC)의 제조 시에 사용될 수 있다. 리소그래피 장치는 예를 들어 패터닝 디바이스(예를 들어 마스크)에서의 패턴("디자인 레이아웃" 또는 "디자인"이라고도 불림)을 기판(예를 들어, 웨이퍼) 위에 제공된 방사선-감응 재료(레지스트)의 층에 투영시킬 수 있다.
기판에 패턴을 투영하기 위하여, 리소그래피 장치는 전자기 방사선을 사용할 수 있다. 이러한 방사선의 파장이 기판 상에 형성될 수 있는 피쳐의 최소 크기를 결정한다. 현재 사용되는 통상적인 파장은 365 nm(i-라인), 248 nm, 193 nm 및 13.5 nm이다. 4 - 20 nm의 범위, 예를 들어 6.7 nm 또는 13.5 nm에 속하는 파장을 가지는 극자외(EUV) 방사선을 사용하는 리소그래피 장치는, 예를 들어 193 nm의 파장을 가지는 전자기 방사선을 사용하는 리소그래피 장치보다 더 작은 피쳐를 기판 위에 형성하기 위해 사용될 수 있다.
리소그래피 장치의 전통적인 분해능 한계보다 작은 치수의 피쳐를 처리하기 위하여 저-k1 리소그래피가 사용될 수 있다. 이러한 프로세스에서, 분해능 공식은 CD = k1×λ/NA로 표현될 수 있는데, λ는 채용된 방사선의 파장이고, NA는 리소그래피 장치 내의 투영 광학기의 개구수이며, CD는 "임계 치수"(일반적으로 인쇄된 최소 피쳐 크기이지만 이러한 경우에는 하프-피치임)이고, k1은 경험적 분해능 인자이다. 일반적으로, k1이 더 작을 수록 특정한 전기적 기능성과 성능을 얻기 위해서 회로 디자이너에 의하여 계획된 형상과 치수를 닮은 패턴을 기판 상에 재현하는 것은 더 어려워진다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 복잡한 미세-튜닝 단계들이 리소그래피 투영 장치 및/또는 설계 레이아웃에 적용될 수 있다. 예를 들어, 이것은 NA, 맞춤화된 조명 방식, 위상 시프트 패터닝 디바이스의 사용, 설계 레이아웃에서의 광학 근접 정정(optical proximity correction; OPC, 가끔 "광학 및 프로세스 정정"이라고도 불림)의 설계 레이아웃의 다양한 최적화, 또는 일반적으로 "분해능 향상 기법(resolution enhancement techniques; RET)"이라고 규정되는 다른 방법을 포함하지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. 또는, 리소그래피 장치의 안정성을 제어하기 위한 엄격 제어 루프가 낮은 k1에서 패턴의 재현을 개선하기 위하여 사용될 수 있다.
상이한 타입의 계측 툴들이 기판 상에 패터닝된 구조체의 상이한 특성 및 기판 및 프로세스의 임의의 다른 속성을 측정하고 검사하기 위해서 사용될 수 있다. 측정은, 예를 들어 그 품질 및/또는 수율을 검사하기 위해서, 마감된 구조체에 수행될 수 있다. 또한, 측정은 제조 프로세스 도중에 수행될 수도 있다. 이러한 측정은 무엇보다도 구조체의 품질을 모니터링하기 위해 사용될 수 있다. 측정치에 기반하여, 예를 들어 식별된 오차를 고치고 및/또는 추후의 노광을 개선하기 위해서 조절 또는 정정이 리소그래피 패터닝 프로세스에 수행될 수 있다. 계측 데이터 및 패터닝 프로세스에 적용될 조절 사이의 링크 및 관계는 복잡하고 식별하기 어려울 수 있다. 더 나아가, 계측 데이터 내에 존재하는 임의의 오차 또는 변동의 원인을 식별하는 것은 어려울 수 있다. 본 명세서에는 제조 프로세스의 이러한 분석 및 특성화를 상이한 처리 단계 도중에 획득된 데이터에 기반하여 개선하기 위한 방법 및 장치가 설명된다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 복수 개의 기판에 수행되는 반도체 제조 프로세스를 특성화하기 위한 방법이 제공된다. 이러한 방법은 제 1 프로세스 단계 이후에 측정된 기판의 지문 데이터와 연관된 제 1 데이터를 획득하는 단계를 포함한다. 제 2 프로세스 단계 이후에 측정된 기판의 지문 데이터와 연관된 제 2 데이터가 획득된다. 제 1 및 제 2 데이터를 제 1 데이터와 제 2 데이터 사이에서 상호 상관되는 지문 성분들의 제 1 클래스 및 제 1 데이터와 제 2 데이터 사이에서 상호 상관되지 않는 지문 성분들의 제 2 클래스로 분해하기 위해서 통계적 모델이 사용된다. 지문 성분들의 제 1 클래스 및 지문 성분들의 제 2 클래스 중 적어도 하나가 반도체 제조 프로세스를 특성화하기 위해서 사용된다.
선택적으로, 제 2 데이터는 레퍼런스 데이터를 포함할 수 있다.
선택적으로, 상기 제 1 데이터는, 오버레이 데이터, 정렬 데이터, 레벨링 데이터, 기판 기하학적 구조 데이터, 기판 토포그래피 데이터, 계측 툴 데이터, 또는 상기 기판과 별개인 복수 개의 제 2 기판으로부터의 이력 오버레이 데이터 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
선택적으로, 통계적 모델은 부분 최소 제곱 모델이다.
선택적으로, 상기 부분 최소 제곱 모델은 모델의 부분 최소 제곱 성분의 개수의 최적화를 포함한 트레이닝 프로세스로 트레이닝된 것이다.
선택적으로, 상기 부분 최소 제곱 모델은 물리적 형상 필터링을 포함한 트레이닝 프로세스로 트레이닝된 것이다.
선택적으로, 제 1 프로세스 단계는 제 2 프로세스 단계 이전에 발생할 수 있다.
선택적으로, 제 1 프로세스 단계 및 제 2 프로세스 단계는 동일한 프로세스 단계일 수 있고, 제 1 데이터는 제 2 데이터에 의해 표현되는 하나 이상의 속성과 다른 하나 이상의 속성을 나타낼 수 있다.
선택적으로, 제 1 프로세스 단계 및 제 2 프로세스 단계는 동일할 수 있고, 제 1 데이터 및 제 2 데이터는 상이한 계측 툴을 사용하여 측정될 수 있다.
선택적으로, 복수 개의 기판은 기판들의 동일한 로트에 속할 수 있다.
선택적으로, 상기 제 1 데이터는 현상후 검사 도중에 획득된 것이고, 상기 제 2 데이터는 에칭후 검사 도중에 획득된 것이다.
선택적으로, 상기 반도체 제조 프로세스를 특성화하는 단계는, 지문 내의 식별된 오차의 하나 이상의 주원인(root cause)을 결정하는 것을 포함할 수 있다.
선택적으로, 상기 반도체 제조 프로세스를 특성화하는 단계는, 제조되는 패터닝된 기판의 수율의 분석을 포함할 수 있다.
선택적으로, 특성화는 제조 프로세스와 별개로 오프라인에서 수행될 수 있다.
선택적으로, 특성화는 제조 프로세스 내의 모니터링 단계로서 온라인으로 수행될 수 있다.
선택적으로, 상기 모니터링 단계에 응답하여, 온라인 제조 프로세스에 업데이트가 이루어질 수 있다.
선택적으로, 상기 반도체 제조 프로세스를 특성화하는 단계에 기반하여, 하나 이상의 조절이 피드백 및/또는 피드포워드 제어로서 제조 프로세스에 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 하나 이상의 프로세서에 의하여 실행되면 해당 프로세서가 전술된 바와 같은 반도체 제조 프로세스를 특성화하는 방법을 수행하게 하는 명령을 포함하는 비-일시적 저장 매체가 제공된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 하나 이상의 프로세서에 의하여 실행되면 해당 프로세서가 전술된 바와 같은 반도체 제조 프로세스를 특성화하는 방법을 수행하게 하는 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품이 제공된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 전술된 바와 같은 컴퓨터 프로그램 제품을 포함하는 계측 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 전술된 바와 같은 컴퓨터 프로그램 제품을 포함하는 검사 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 전술된 바와 같은 컴퓨터 프로그램 제품을 포함하는 리소그래피 셀이 제공된다.
본 발명의 실시형태는 첨부된 개략적인 도면을 참조하여 이제 예시하는 방식으로만 설명될 것이다:
- 도 1은 리소그래피 장치의 개략적인 개요를 도시한다;
- 도 2는 리소그래피 셀의 개략적인 개요를 도시한다;
- 도 3은 반도체 제조를 최적화하는 데에 중요한 세 가지 기술들 사이의 협력을 나타내는, 홀리스틱 리소그래피의 개략적인 표현을 도시한다;
- 도 4는 리소그래피 제조 프로세스를 특성화하기 위한 방법의 단계들의 흐름도를 도시한다;
- 도 5는 획득되고, 매핑 지문 성분 및 잔차 지문 성분으로 분해되는 데이터의 예시적인 개략적 표현을 보여준다; 그리고
- 도 6은 예시적인 물리적 형상 오버레이 모델의 개략도를 도시한다.
- 도 1은 리소그래피 장치의 개략적인 개요를 도시한다;
- 도 2는 리소그래피 셀의 개략적인 개요를 도시한다;
- 도 3은 반도체 제조를 최적화하는 데에 중요한 세 가지 기술들 사이의 협력을 나타내는, 홀리스틱 리소그래피의 개략적인 표현을 도시한다;
- 도 4는 리소그래피 제조 프로세스를 특성화하기 위한 방법의 단계들의 흐름도를 도시한다;
- 도 5는 획득되고, 매핑 지문 성분 및 잔차 지문 성분으로 분해되는 데이터의 예시적인 개략적 표현을 보여준다; 그리고
- 도 6은 예시적인 물리적 형상 오버레이 모델의 개략도를 도시한다.
본 명세서에서, "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 자외 방사선(예를 들어 365, 248, 193, 157 또는 126 nm의 파장을 가지는 방사선) 및 EUV(예를 들어 약 5 - 100 nm 범위의 파장을 가지는 극자외 방사선), X-선 방사선, 전자빔 방사선 및 다른 입자 방사선을 포함하는 모든 타입의 전자기 방사선 및 입자 방사선을 망라하도록 사용된다.
"레티클", "마스크" 또는 "패터닝 디바이스"라는 용어는 본 명세서에서 채용될 때, 인입하는 방사선 빔에 기판의 타겟부 내에 생성될 패턴에 대응하여 패터닝된 단면을 부여하기 위하여 사용될 수 있는 일반적 패터닝 디바이스를 지칭하는 것으로 넓게 해석될 수 있다. "광 밸브(light valve)"라는 용어도 이러한 콘텍스트에서 사용될 수 있다. 전통적인 마스크(투과성 또는 반사형; 이진, 페이즈-시프트, 하이브리드 등) 외에, 다른 이러한 패터닝 디바이스들의 예에는 프로그램가능 미러 어레이 및 프로그램가능 LCD 어레이가 포함된다.
도 1은 리소그래피 장치(LA)를 개략적으로 묘사한다. 리소그래피 장치(LA)는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선, DUV 방사선, EUV 방사선 또는 X-선 방사선)을 조절하도록 구성되는 조명 시스템(조명기(IL)라고도 불림), 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고 특정 파라미터에 따라서 패터닝 디바이스(MA)를 정확하게 위치설정하도록 구성되는 제 1 위치설정기(PM)에 연결되는 마스크(예를 들어, 마스크 테이블)(T), 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 홀딩하도록 구성되고 특정 파라미터에 따라서 기판 지지대를 정확하게 위치설정하도록 구성되는 제 2 위치설정기(PW)에 연결되는 기판 지지대(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT), 및 패터닝 디바이스(MA)에 의하여 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 기판(W)의 타겟부(C)(예를 들어, 하나 이상의 다이를 포함) 상에 투영하도록 구성되는 투영 시스템(예를 들어, 굴절성 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
동작 시에, 조명 시스템(IL)은 방사선 빔을 빔 전달 시스템(BD)을 통해 방사선 소스(SO)로부터 수광한다. 조명 시스템(IL)은 방사선을 지향시키고, 성형(shaping)하며, 또는 제어하기 위한 다양한 유형의 광 컴포넌트, 예컨대 굴절형, 반사형, 굴절형, 자기, 전자기, 정전기 및/또는 다른 유형의 광 컴포넌트, 및/또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수도 있다. 조명기(IL)는 방사선 빔(B)이 패터닝 디바이스(MA)의 평면 상에 그 단면에서 원하는 공간 및 각도 세기 분포를 가지도록 조정하기 위하여 사용될 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템(PS)"이라는 용어는, 이용되고 있는 노광 방사선(exposure radiation)에 대해 적합하거나 또는 침지액(immersion liquid)의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인들에 대해 적합한, 굴절형, 반사형, 회절형, 반사 굴절(catadioptric), 애너모픽(anamorphic), 자기, 전자기식, 및/또는 정전식 광학 시스템, 및/또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 다양한 타입의 투영 시스템도 포함하는 것으로 넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서 "투영 렌즈"라는 용어의 모든 사용은 더 일반적인 용어인 "투영 시스템(PS)"과 같은 의미인 것으로 간주될 수도 있다.
리소그래피 장치(LA)는, 투영 시스템(PS)과 기판(W) 사이의 공간을 채우기 위해 기판의 적어도 일부분이 상대적으로 높은 굴절률을 가진 액체, 예컨대 물에 의해 커버될 수 있는 유형일 수 있으며 이것은 침지 리소그래피라고도 불린다. 침지 기법에 대한 더 많은 정보가 본 명세서에서 원용에 의해 그 전체가 통합되는 US6952253에 제공된다.
리소그래피 장치(LA)는 둘 이상의 기판 지지대(WT)를 가지는 타입일 수도 있다("듀얼 스테이지"라고도 불림). 이러한 "다중 스테이지" 머신에서, 기판 지지대(WT)는 병렬적으로 사용될 수 있고, 및/또는 기판(W)의 후속 노광을 준비하는 단계들이 기판 지지대(WT) 중 하나 상에 위치될 수 있는 반면에, 다른 기판 지지대(WT) 상의 다른 기판(W)은 다른 기판(W) 상에 패턴을 노광시키기 위해서 사용되고 있다.
기판 지지대(WT)에 추가하여, 리소그래피 장치(LA)는 측정 스테이지를 포함할 수 있다. 측정 스테이지는 센서 및/또는 세정 디바이스를 홀딩하도록 구성된다. 센서는 투영 시스템(PS)의 속성 또는 방사선 빔(B)의 속성을 측정하도록 구성될 수 있다. 측정 스테이지는 다수의 센서를 홀딩할 수 있다. 세정 디바이스는 리소그래피 장치의 부분, 예를 들어 투영 시스템(PS)의 부분 또는 침지액을 제공하는 시스템의 부분을 세정하도록 구성될 수 있다. 측정 스테이지는, 기판 지지대(WT)가 투영 시스템(PS)으로부터 멀어질 때 투영 시스템(PS) 아래에서 이동할 수 있다.
동작 시에, 방사선 빔(B)은 패터닝 디바이스, 예를 들어 지지 구조체(MT) 상에 홀딩되는 마스크(MA) 상에 입사하고, 그리고 패터닝 디바이스(MA) 상에 있는 패턴(디자인 레이아웃)에 의하여 패터닝된다. 패터닝 디바이스(MA)를 가로지르면, 방사선 빔(B)은 기판(W)의 타겟부(C) 상에 빔을 포커싱하는 투영 시스템(PS)을 통과한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 측정 시스템(IF)의 도움을 받아, 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로에 있는 상이한 타겟부들(C)을 포커싱되고 정렬된 위치에 위치설정하기 위하여, 기판 지지대(WT)가 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정 디바이스(PM) 및 가능하게는 다른 위치 센서(도 1에는 명확하게 묘사되지 않음)가, 방사선 빔(B)의 경로에 대하여 패터닝 디바이스(MA)를 정확하게 위치설정하기 위하여 사용될 수 있다. 패터닝 디바이스(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 이용하여 정렬될 수 있다. 비록 도시된 바와 같이 기판 정렬 마크들(P1, P2)이 전용 타겟부들 점유하지만, 이들은 타겟부들 사이의 공간에 위치될 수도 있다. 기판 정렬 마크(P1, P2)는 타겟부들(C) 사이에 위치되면 스크라이브 레인 정렬 마크라고 알려져 있다.
도 2에 도시된 것처럼, 리소그래피 장치(LA)는 리소셀 또는 (리소)클러스터라고도 지칭되는 리소그래피 셀(LC)의 일부를 형성할 수 있고, 이는 또한 기판(W) 상에서 노광 전 그리고 노광 후 프로세스를 수행하기 위한 장치를 포함한다. 통상적으로, 이러한 장치는, 예를 들어 레지스트층 내의 솔벤트를 조절하기 위해서 예를 들어 기판(W)의 온도를 조절하기 위하여, 레지스트층을 증착하기 위한 스핀 코터(spin coater; SC), 노광된 레지스트를 현상하기 위한 현상기(DE), 냉각 플레이트(chill plate; CH), 및 베이크 플레이트(bake plate; BK)를 포함한다. 기판 핸들러 또는 로봇(RO)이 입력/출력 포트(I/O1, I/O2)로부터 기판(W)을 픽업하여, 이들을 상이한 프로세스 장치 간에 이동시키며, 기판(W)을 리소그래피 장치(LA)의 로딩 베이(loading bay; LB)에 전달한다. 통칭하여 트랙으로도 지칭되는, 리소셀 내의 디바이스는 통상적으로 감독 제어 시스템(supervisory control system; SCS)에 의해 제어될 수 있는 트랙 제어 유닛(TCU)의 제어 하에 있게 되며, 감독 제어 시스템은 또한 리소그래피 제어 유닛(LACU)을 통해 리소그래피 장치(LA)를 제어할 수 있다.
리소그래피 프로세스에서, 생성된 구조체를, 예를 들어 프로세스를 제어하고 검증하기 위해서 자주 측정하는 것이 바람직하다. 이러한 측정을 하기 위한 툴들은 통상적으로 계측 툴(MT)이라고 불린다. 스캐닝 전자 현미경 또는 다양한 형태의 산란계 계측 툴(MT)을 포함하는, 이러한 측정을 하기 위한 상이한 타입의 계측 툴(MT)이 알려져 있다. 산란계는, 센서를 산란계의 대물 렌즈의 퓨필 평면 또는 퓨필과 공액인 평면에 있게 함으로써(이러한 경우 측정은 보통 퓨필 기반 측정이라고 불림), 또는 센서를 이미지 평면 또는 이미지 평면과 공액인 평면에 있게 함으로써(이러한 경우 측정은 보통 이미지 또는 필드 기반 측정이라고 불림), 리소그래피 프로세스의 파라미터의 측정이 가능해지게 하는 다기능 기구이다. 이러한 산란계 및 연관된 측정 기법은 특허 출원 US20100328655, US2011102753A1, US20120044470A, US20110249244, US20110026032 또는 EP1,628,164A에 더 상세히 설명되는데, 이들은 그 전체 내용이 원용되어 본원에 통합된다. 앞서 언급된 산란계는 소프트 X-선(SXR), 극자외선(EUV)으로부터 나오고 근적외선(near-IR) 파장 범위에서 보이는 광을 사용하여 격자를 측정할 수 있다.
리소그래피 장치(LA)에 의해 노광되는 기판이 정확하고 일정하게 노광되도록 하기 위해서는, 기판을 검사하여 후속 층들 사이의 오버레이 오차, 라인 두께, 임계 치수(CD) 등과 같은, 패터닝된 구조체의 속성을 측정하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 검사 툴 및/또는 계측 툴(미도시)이 리소셀(LC) 내에 포함될 수 있다. 오차가 검출되면, 특히 검사가 동일한 배치 또는 로트의 다른 기판(W)이 여전히 노광되거나 처리되어야 하기 전에 이루어진다면, 예를 들어 후속 기판의 노광에 또는 기판(W) 상에서 수행될 다른 프로세스 단계에 조절이 이루어질 수 있다.
계측 장치라고도 불릴 수 있는 검사 장치가, 기판(W)의 속성, 및 구체적으로 상이한 기판(W)의 속성이 또는 동일 기판(W)의 상이한 층과 연관된 속성이 층에 따라 어떻게 변화하는지를 결정하기 위해 사용된다. 또는, 검사 장치는 기판(W) 상의 결점을 식별하도록 구성될 수 있고, 예를 들어 리소셀(LC)의 일부일 수 있으며, 또는 리소그래피 장치(LA)에 통합될 수 있고, 또는 심지어 독립형 디바이스일 수도 있다. 검사 장치는 잠상(노광 후의 레지스트 층 내의 이미지), 또는 반-잠상(노광후 베이크 단계(PEB) 후의 레지스트 층 내의 이미지), 또는 현상된 레지스트 이미지(레지스트의 노광되거나 비노광된 부분이 제거되었음), 또는 심지어 에칭된 이미지(에칭과 같은 패턴 전사 단계 이후)의 속성을 측정할 수 있다.
제 1 실시형태에서, 산란계(MT)는 각도 분해 산란계이다. 이러한 산란계 재구성 방법은 격자의 속성을 재구성 또는 계산하기 위해서, 측정된 신호에 적용될 수 있다. 이러한 재구성은, 예를 들어 산란된 방사선과 타겟 구조체의 수학적 모델의 상호작용을 시뮬레이션하고 시뮬레이션 결과를 측정의 결과와 비교함으로써 이루어질 수 있다. 수학적 모델의 파라미터는, 시뮬레이션된 상호작용이 실제 타겟으로부터 관찰된 것과 유사한 회절 패턴을 생성할 때까지 조절된다.
제 2 실시형태에서, 산란계(MT)는 분광식 산란계(MT)이다. 이러한 분광식 산란계(MT)에서, 방사선 소스에 의해 방출된 방사선은 타겟 상으로 지향되고 타겟으로부터 반사되거나 산란된 방사선은 분광계 검출기로 지향되며, 이것이 경면 반사된 방사선의 스펙트럼(즉 파장의 함수인 세기의 측정치)을 측정한다. 이러한 데이터로부터, 예를 들어 정밀 결합 파 분석(Rigorous Coupled Wave Analysis) 및 비선형 회귀(non-linear regression)에 의해 또는 시뮬레이션된 스펙트럼(simulated spectra)의 라이브러리와의 비교에 의해, 검출된 스펙트럼을 초래하는 타겟의 구조 또는 프로파일이 재구성될 수도 있다.
제 3 실시형태에서, 산란계(MT)는 편광 해석(ellipsometric) 산란계이다. 편광 해석 산란계는, 산란된 방사선을 각각의 편광 상태에 대해 측정함으로써 리소그래피 프로세스의 파라미터를 결정할 수 있게 한다. 이러한 계측 장치 편광된 광(예컨대 선형, 원형, 또는 타원 광)을, 예를 들어 계측 장치의 조명 섹션 내의 적절한 편광 필터를 사용하여 방출한다. 계측 장치를 위해 적합한 소스는 편광된 방사선도 역시 제공할 수 있다. 현존하는 편광 해석 산란계의 다양한 실시형태가 그 전체가 본 명세서에 원용에 의해 통합되는 US 특허 출원 제 11/451,599, 제 11/708,678, 제 12/256,780, 제 12/486,449, 제 12/920,968, 제 12/922,587, 제 13/000,229, 제 13/033,135, 제 13/533,110 및 제 13/891,410에 설명된다.
산란계(MT)의 일 실시형태에서, 산란계(MT)는 두 개의 오정렬된 격자 또는 주기적 구조체의 오버레이를, 반사된 스펙트럼 및/또는 검출 구조 내의 비대칭을 측정함으로써 측정하도록 적응되는데, 비대칭은 오버레이의 정도에 관련된다. 두 개의(통상적으로 중첩함) 격자 구조체는 두 개의 상이한 층(연속하는 층이어야 하는 것은 아님)에 적용될 수 있고, 실질적으로 웨이퍼 상의 동일한 위치에 형성될 수 있다. 산란계는 예를 들어 공동 소유된 특허 출원 EP1,628,164A에 설명된 바와 같은 대칭적 검출 구성을 가져서, 임의의 비대칭이 명확하게 구별가능하게 할 수 있다. 그러면 격자 내의 오정렬을 측정하기 위한 단순한 방식이 제공된다. 타겟이 측정될 때 주기적 구조체의 비대칭을 통해 주기적 구조체를 보유한 두 층들 사이의 오버레이 오차를 측정하기 위한 추가적인 예는, 그 전체가 본 명세서에 원용에 의해 통합되는 PCT 특허 출원 공개 번호 제 WO2011/012624 또는 US 특허 출원 US 20160161863에서 발견될 수 있다.
다른 관심 파라미터는 초점 및 선량일 수 있다. 초점 및 선량은, 그 전체 내용이 본 명세서에서 원용에 의해 통합되는 US 특허 출원 US2011-0249244에 기술된 바와 같은 산란측정에 의해(또는 대안적으로 스캐닝 전자 현미경 검사에 의해) 동시에 결정될 수 있다. 초점 에너지 행렬(FEM - 또한 초점 노광 행렬이라고 불림) 내의 각각의 포인트에 대한 임계 치수 및 측벽각 측정치의 고유한 조합을 가지는 단일 구조체가 사용될 수 있다. 임계 치수 및 측벽각의 이러한 고유한 조합이 사용가능하다면, 초점 및 선량 값은 이러한 측정으로부터 고유하게 결정될 수 있다.
계측 타겟은, 거의 레지스트 내이지만 예를 들어 에칭 프로세스 이후에 리소그래피 프로세스에 의해 형성되는 합성물 격자들의 모듬(ensemble)일 수 있다. 통상적으로 격자 내의 구조체의 피치 및 선폭은, 계측 타겟으로부터 오는 회절 차수를 캡쳐할 수 있으려면 측정 광학기(특히 광학기의 NA)에 크게 의존한다. 앞서 언급된 바와 같이, 회절된 신호는 두 층들 사이의 천이('오버레이'라고도 불림)를 결정하기 위하여 사용될 수 있고, 또는 리소그래피 프로세스에 의해 생성되는 원본 격자의 적어도 일부를 재구성하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 재구성은 리소그래피 프로세스의 품질을 유도하기 위하여 사용될 수 있고, 리소그래피 프로세스의 적어도 일부를 제공하기 위하여 사용될 수 있다. 타겟은, 타겟 내의 디자인 레이아웃의 기능성 부분의 치수를 모방하도록 구성되는 더 작은 서브-세그먼트를 가질 수 있다. 유사한 이러한 서브-세그먼트화에 기인하여, 타겟은 디자인 레이아웃의 기능성 부분과 더 유사하게 동작하게 되어, 전체 프로세스 파라미터 측정이 디자인 레이아웃의 기능성 부분을 더 양호하게 담을 수 있게 될 것이다. 타겟은 언더필된 모드 또는 오버필된 모드에서 측정될 수 있다. 언더필된 모드에서, 측정 빔은 전체 타겟보다 작은 스폿을 생성한다. 오버필된 모드에서, 측정 빔은 전체 타겟보다 큰 스폿을 생성한다. 이러한 오버필된 모드에서, 상이한 타겟들을 동시에 측정하여, 상이한 처리 파라미터를 동시에 결정하는 것도 가능할 수 있다.
특정 타겟을 사용하는 리소그래피 파라미터의 전체 측정 품질은 이러한 리소그래피 파라미터를 측정하기 위하여 사용되는 측정 레시피에 의하여 적어도 부분적으로 결정된다. "기판 측정 레시피"라는 용어는 측정 자체의 하나 이상의 파라미터, 측정된 하나 이상의 패턴의 하나 이상의 파라미터, 또는 양자 모두를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판 측정 레시피에서 사용되는 측정이 회절-기초 광학적 측정이라면, 측정의 파라미터 중 하나 이상은 방사선의 파장, 방사선의 편광, 기판에 대한 방사선의 입사각, 기판 상의 패턴에 대한 방사선의 입사각 등 포함할 수 있다. 측정 레시피를 선택하는 기준들 중 하나는, 예를 들어 처리 변이에 대한 측정 파라미터 중 하나의 감도일 수 있다. 본 명세서에서 그 전체가 원용에 의해 포함되는 더 많은 예들이 본 명세서에 그 전체가 원용에 의해 통합되는 미국 특허 출원 US 2016-0161863 및 공개된 미국 특허 출원 US 2016-0370717A에 기술된다.
통상적으로, 리소그래피 장치(LA) 내에서의 패터닝 프로세스는, 기판(W) 상의 구조체의 높은 치수 및 배치 정확도를 요구하는, 처리 중 가장 중요한 단계들 중 하나이다. 이러한 높은 정확도를 보장하기 위하여, 개략적으로 도 3에서 도시되는 것과 같은 소위 "홀리스틱" 제어 환경에서 세 가지 시스템이 통합될 수 있다. 이러한 시스템 중 하나는 계측 툴(MET)(제 2 시스템) 및 컴퓨터 시스템(CL)(제 3 시스템)에 (가상적으로) 연결되는 리소그래피 장치(LA)이다. 이러한 "홀리스틱" 환경의 중요한 점은, 전체 프로세스 윈도우를 개선하고 리소그래피 장치(LA)에 의해 수행되는 패터닝이 프로세스 윈도우 내에 유지되도록 보장하기 위한 엄격 제어 루프를 제공하기 위하여, 이러한 세 개의 시스템들 사이의 협력을 최적화하는 것이다. 프로세스 윈도우는 그 안에서 특정한 제조 프로세스가 규정된 결과(예를 들어 기능성 반도체 디바이스)를 제공하는 프로세스 파라미터(예를 들어 선량, 초점, 오버레이)의 범위를 규정한다 - 통상적으로 리소그래피 프로세스 또는 패터닝 프로세스의 프로세스 파라미터는 그 안에서 변할 수 있다.
컴퓨터 시스템(CL)은, 사용할 분해능 향상 기법을 예측하기 위하여 패터닝될 디자인 레이아웃(또는 그 일부)을 사용하고, 어떤 마스크 레이아웃 및 리소그래피 장치 설정이 패터닝 프로세스의 최대 전체 프로세스 윈도우를 획득하는지를 결정하기 위하여(도 3에서 제 1 스케일(SC1)에서의 이중 화살표로 도시됨) 계산적 리소그래피 시뮬레이션 및 연산을 수행할 수 있다. 통상적으로, 분해능 향상 기법은 리소그래피 장치(LA)의 패터닝 가능성과 매칭되도록 구현된다. 컴퓨터 시스템(CL)은, 예를 들어 최적에 미달하는 처리에 기인하여 결함이 존재할 수 있는지 여부를 예측하기 위해서, 프로세스 윈도우 내의 어디에서 리소그래피 장치(LA)가 현재 동작하고 있는지를 검출(예를 들어 계측 툴(MET)로부터의 입력을 사용함)하기 위해서도 사용될 수 있다(도 3에서 제 2 스케일(SC2)에서 "0" 을 가리키는 화살표에 의해 표현됨).
계측 툴(MET)은 정확한 시뮬레이션 및 예측을 가능하게 하는 입력을 컴퓨터 시스템(CL)에 제공할 수 있고, 예를 들어 리소그래피 장치(LA)의 교정 상태에 있을 수 있는 드리프트(도 3에서 제 3 스케일(SC3)에서 여러 화살표로 표시됨)를 식별하기 위한 피드백을 리소그래피 장치(LA)에 제공할 수 있다.
계측 툴(MT)은 기판 상에 패터닝된 구조체를 정량화하고 검사하기 위해서 사용될 수 있다. 측정치는 리소그래피 제조 프로세스 내의 상이한 단계 도중에 획득될 수 있다. 예를 들어, ADI(현상후 검사) 및 AEI(에칭후 검사) 타입의 측정이 제조 프로세스 도중의 다른 시점에 동일한 기판에서 수행될 수 있다. 측정은 기판 상에 패터닝된 제품 피쳐에 수행될 수 있다. 또한, 측정은 특히 계측 및 검사 목적을 위해서 기판 상에 패터닝된 계측 타겟에서 수행될 수도 있다. 상이한 타입의 측정을 가능하게 하기 위해서 상이한 타입의 계측 타겟들이 패턴 내에 포함될 수 있다. 계측 툴(MT)의 타입 및/또는 측정될 파라미터의 타입에 따라서 상이한 타겟들이 사용될 수 있다. 기판 상에서 측정될 파라미터는 정렬, 오버레이, 및 레벨링을 포함할 수도 있지만 그것들로 제한되지는 않는다.
예를 들어, 기판 상에 패터닝된 구조체의 상이한 층들 사이의 중첩을 정량화하기 위하여, 일부 계측 툴(MT)은 제품상(on-product) 오버레이를 측정하기 위하여 사용된다. 측정된 오버레이 오차는 흔히 하나 이상의 기판(웨이퍼)에 걸친 오버레이 오차의 지문으로서 표현된다. 일반적으로 (오버레이) 모델은 측정된 오버레이 데이터로부터 이러한 지문을 유도하기 위하여 사용된다. 이러한 지문은 그들의 오차 타입에 기반하여 상이한 성분으로 분해될 수 있다. 분해는 오버레이 모델 공간 주파수 특성에 기반할 수 있다. 성분으로 분해하는 예시적인 분해는 기판-정정가능, 필드-정정가능, 기판-정정불가능, 및 필드-정정불가능을 포함할 수 있다. 또한, 총 오버레이 측정에 대한 기여분들이 오차가 어디서 발견될 수 있는지에 기반하여 레벨들로 분할될 수 있다. 레벨들은 스프레드 소스 분해(spread source decomposition), 예를 들어 평균, 로트별 분해, 및 기판별 분해를 포함할 수 있다. 기여분들은 어떤 오버레이 오차가 추후의 노광을 위해서 정정될 수 있는지를 계획하기 위해서 사용될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 기여분은 프로세스 성능, 예를 들어 프로세스 안정성 및/또는 능력을 평가하기 위해서 사용될 수 있다.
오버레이 오차의 정정가능 성분 및 정정불가능 성분은 지문에 기반하여 프로세스에 정정을 제공하기 위하여 사용되는 적용된 모델의 공간 주파수 한계에 의해서 적어도 부분적으로 결정될 수 있다. 결과적으로, 분해는 리소그래피 패터닝 프로세스의 제어의 효과를 평가하기 위해서 유용할 수 있다. 예를 들어, 오차의 정정불가능 성분이 너무 크다면, 이것은 제어 루프에서 사용된 모델이 더 높은 공간 주파수를 포함하도록 변경되어야 한다는 것을 표시할 수 있다. 그러나, 모델들이 측정된 구조체의 공간 주파수를 캡쳐하는 그들의 능력에 기반하여 선택될 수 있기 때문에, 전술된 예시적인 분해는 근본 원인의 식별 및/또는 오차의 그러한 원인의 기여분의 정량화를 위해서는 유용성이 떨어질 수 있다.
리소그래피 패터닝 프로세스에 대한 오차는 하나 이상의 기판에서의 측정치에 기반하여 식별될 수 있다. 오차는 상이한 측정들 사이에서 발견되는 변동에 기반하여 식별될 수 있다. 예를 들어, 변동은 상이한 기판에서 수행되는 균등한/대응하는 오버레이 측정들 사이에서 식별될 수도 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 변동은 상이한 타입의 파라미터의 측정들 사이에서 식별될 수도 있다. 그러나, 식별된 변동 모두가 패터닝 오차의 표시인 것은 아니다. 변동은 상이한 원인을 가질 수 있다. 예를 들어, 이러한 원인은 측정 데이터에서의 오차, 계측 툴 하드웨어 사이의 차이에서 초래된 변동, 변동에 대한 상이한 타입의 계측 툴(MT)에 의한 상이한 감도, 제품 피쳐에 반대되는 계측 타겟에서의 패터닝 오차 등을 포함할 수 있다. 이러한 변동은 구조체 패터닝 프로세스에서의 오차를 나타내지 않으며, 계측-유발(metrology-induced) 아티팩트라고 불릴 수 있다. 계측-유발 아티팩트는 실제 제품 구조체 및/또는 관련된 패터닝 레시피에서의 오차에 반드시 상관되는 것이 아니다. 기판 오버레이 변동에 관련되지 않고, 오버레이 패터닝 오차를 표시하지 않는 다른 아티팩트가 오버레이 변동 내에 존재할 수도 있다.
정정가능 오차를 표시하는 변동의 성분을 식별할 수 있기 위해서, 이러한 변동의 근본 원인 식별(root cause identification)을 획득하는 것이 바람직할 수 있다. 그러면, 이것은 측정된 변동에 대한 기여분들이 어떻게 리소그래피 제조 프로세스 수율 및/또는 성능을 위해서 사용될 수 있는지를 결정할 수 있게 할 것이다. 그러므로, 제조 프로세스에서의 변동 및 오차에 대한 개선된 및/또는 더 광범위한 근본 원인 분석을 제공하는 것이 본 발명의 애플리케이션의 의도이다.
오버레이를 분석할 때의 다른 어려운 점은, 임의의 기판에 대해서 성긴 오버레이 계측 데이터만이 이용가능하다는 것일 수 있다. 오버레이 측정치를 획득하는 시간 및 계측 툴 사용의 비용이 클 수 있고, 조밀한 오버레이 계측 데이터를 획득하는 것이 실현가능하지 않을 수도 있다. 그러나, 해당 기판에 대해서 다른 계측 데이터(예를 들어 정렬, 레벨링, 기하학적 구조, 토포그래피, 선량, 임계 치수 등)는 이용가능할 수 있다. 이러한 데이터로부터 오버레이 정보를 추론하는 것이 가능할 수 있다. 이러한 데이터가 상이한 하드웨어를 사용하여 획득될 수 있기 때문에, 계측-유발 아티팩트는 큰 역할을 할 수 있다.
오버레이 오차의 근본 원인을 식별하고, 및/또는 기판 변동을 계측-유발 아티팩트와 같은 아티팩트로부터 분리하기 위하여, 어떤 기판의 오버레이 데이터를 해당 기판에 관련된 다른 데이터에 대해서 분석하는 것이 제안된다. 다른 데이터는 레퍼런스 데이터라고 지칭될 수도 있다. 레퍼런스 데이터는 앞선, 추후의, 및/또는 동일한 처리 단계 도중에 획득된, 해당 기판에 대해서 이용가능한 데이터를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 레퍼런스 데이터는 다른 기판에 관련된 데이터를 포함할 수도 있다. 오버레이 데이터의 어떤 성분이 레퍼런스 데이터에 링크될 수 있는지 그리고 어떤 것이 링크를 가지지 않는지를 결정하기 위해서 오버레이 데이터 및 레퍼런스 데이터의 분석이 수행될 수 있다. 오버레이 데이터는 좀 더 일반적으로는 제 2 데이터라고 불릴 수 있는데, 그 이유는 본 명세서에서 설명되는 방법 및 시스템이 오버레이 변동의 분석으로 한정되지 않고, 반도체 제조 프로세스를 특성화하기 위한 다른 파라미터 또는 속성의 분석을 위해서도 사용될 수 있기 때문이다. 이러한 방법 및 시스템은 복수 개의 단계 및 데이터를 포함하는 다른 복잡한 제조 프로세스에 대해서 적합할 수 있다.
분석의 예시적인 구현형태에서, 본 명세서에서 설명되는 방법 및 시스템은 오버레이 변동의 일부를 레퍼런스 데이터에 기반하여 예측하려고 시도할 수 있다. 이러한 예측에 기반하여, 제 2 데이터는 레퍼런스 신호로 매핑될 수 있는(즉, 상관될 수 있는) 부분, 즉 이러한 예측에 대응하는 부분으로 분해될 수 있다. 제 2 데이터 분해는 레퍼런스 데이터로 매핑될 수 없는 제 2 데이터의 부분을 더 포함할 수 있다. 이러한 비매핑(non-mapped) 부분이 0이면, 이것은 레퍼런스 신호 및 제 2 신호 사이에 도입된 오버레이 내의 추가적인 변동이 존재하지 않는다는 것을 의미한다. 이와 유사하게, 이러한 분해의 비매핑 부분은 레퍼런스 신호 및 제 2 신호 사이에 제조 프로세스에 의해서 도입된 바 있는 제 2 신호 내의 변동을 표현할 수 있다. 비매핑 변동은 제조 프로세스 단계에 의해서 도입될 수 있지만, 대안적으로 또는 추가적으로는 계측 타입들 사이의 차이, 계측 아티팩트들 사이의 차이, 및/또는 측정 레이아웃 차이에 기인할 수도 있다.
도 4는 반도체 제조 프로세스를 특성화하기 위한 방법(400)의 단계들의 흐름도를 도시한다. 단계 402에서, 복수 개의 기판에 대한 제 1 데이터와 연관된 제 1 데이터가 획득된다. 제 1 데이터는 지문 데이터, 및/또는 제조 프로세스에 관련된 다른 데이터를 포함할 수 있다. 제 1 데이터는 제 1 프로세스 단계 이후에 측정되었을 수 있다. 제 1 프로세스 단계는 기판 상으로의 패턴의 리소그래피 투영(예를 들어 및 레지스트의 현상)을 포함할 수 있다. 제 1 데이터는 레퍼런스 데이터일 수도 있다. 단계 404에서, 제 2 지문 데이터와 연관된 제 2 데이터가 획득된다. 제 2 데이터는 제 2 프로세스 단계 이후에 획득된다. 제 2 처리 단계는 프로세스에서 제 1 처리 단계보다 늦은 시점에, 또는 프로세스에서 제 1 처리 단계보다 이른 시점에 일어날 수 있고, 또는 제 1 및 제 2 처리 단계는 동일한 처리 단계일 수도 있다. 제 2 처리 단계는, 예를 들어 에칭 및 연마와 같은 기판의 노광후 처리를 포함할 수 있다.
단계 406에서, 제 1 처리 데이터 및 제 2 처리 데이터는 지문 성분들의 제 1 클래스, 및 지문 성분들의 제 2 클래스로 분해된다. 지문 성분들의 제 1 클래스는 제 1 데이터 및 제 2 데이터 사이에서 상호 상관된다. 지문 성분들의 제 2 클래스는 제 1 데이터 및 제 2 데이터 사이에서 상호 상관되지 않는다. 단계 408에서, 지문 성분들의 제 1 클래스 및 지문 성분들의 제 2 클래스 중 적어도 하나가 반도체 제조 프로세스를 특성화하기 위해서 사용된다. 상호 상관된 성분은 매핑 성분(mapped component)이라고도 불릴 수 있다. 상호 상관이 없는 성분은 잔차 성분이라고도 불릴 수 있다. 비록 이들이 제 1 및 제 2 지문 성분이라고 불리지만, 이러한 분해된 성분들이 지문 데이터가 아닌 데이터를 포함하는 것이 가능하다. 이것은, 제 1 및 제 2 데이터가 지문-관련 데이터 및 지분-비관련 데이터 양자 모두를 포함할 수 있기 때문일 수 있다.
전술된 방법의 장점은, 분해하게 되면 제 1 데이터와의 상관을 가지는 성분을 제 2 데이터 내에서 식별할 수 있게 된다는 것일 수 있다. 제 1 및/또는 제 2 데이터에 대해서 상이한 타입의 데이터를 획득하기 위하여 사용되는 계측 툴(MT) 및/또는 계측 방법에서의 차이에 기인하여, 이러한 상관을 식별하기 위해서는 매핑이 요구될 수 있다. 이러한 상관은 이러한 성분이 제 1 처리 단계 이후의 원인을 가지지 않는다는 것을 표시할 수 있다. 예를 들어, 이것은 상관된 성분의 근본 원인을 식별하기 위해서 사용될 수 있다. 상관 지문 성분 및 비-상관 지문 성분을 근본 원인에 링크시키기 위해서 제조 프로세스의 지식이 사용될 수 있다. 이들은 별개로 결정되었고 특성화를 위한 모델에 제공되었을 수 있다. 본 명세서에서 사용될 때, 상관이라는 용어는 연결 및/또는 상호의존성을 표시하는 일반적인 의미를 가지는 것을 해석될 수 있다. 상관은 확률 및 통계에서 사용되는 것과 같이 상관의 더 특이적인 정의의 의미를 가지고 있는 것으로 해석될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 설명되는 부분 최소 제곱(PLS) 회귀 모델의 경우에는 상관이 공분산으로서 해석될 수도 있다.
제 2 데이터는 레퍼런스 데이터를 포함할 수 있다. 제 1 데이터는 레퍼런스 데이터일 수도 있다. 레퍼런스 데이터는 반도체 제조 프로세스에 관련된 임의의 종류의 데이터를 포함할 수 있다. 구체적으로 설명하면, 레퍼런스 데이터는 제 2 데이터에 대한 관련성을 가지는 임의의 종류의 데이터를 포함할 수 있다. 레퍼런스 데이터는 제 1 처리 단계 도중에 및/또는 제 1 처리 단계와 관련하여 획득될 수 있다. 레퍼런스 데이터는 제 1 처리 단계 이후에 획득된 계측 데이터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 계측 데이터는 오버레이 데이터, 정렬 데이터 및/또는 레벨링 데이터를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 계측 데이터는 기판 나노-토포그래피, 기판 기하학적 구조, 임계 치수, 선량, 에칭 깊이, 에칭 틸트, 에칭 척 온도 분포 중 임의의 것의 측정치, 리소그래피 장치(LA)의 상태의 측정치(예를 들어 온도, 압력), 계측 툴(MT)의 상태의 측정치, 전기 프로브 데이터(electric probe data) 등을 포함할 수 있다.
레퍼런스 데이터의 기원(origin)은 지문 성분들의 제 1 클래스가 어디서부터 오는지에 대한 정보를 제공할 수 있다. 레퍼런스 데이터는 제 1 처리 단계와 연관될 수 있다. 일부 실례들에서, 레퍼런스 데이터는 여러 상이한 처리 단계에 관련될 수 있는데, 여기에서 단계들은 제 2 데이터의 처리 단계(들) 이전에, 이후에, 또는 동시에 일어날 수 있다. 제 1 및 제 2 데이터는 동일하거나 상이한 처리 단계 도중에 획득된 상이한 속성에 관련된 데이터를 포함할 수 있다. 일부 실례들에서, 제 1 및 제 2 데이터는, 상이한 계측 툴(MT)(예를 들어 상이한 측정 기법을 사용하는 계측 툴)을 사용하여 획득된, 동일한 하나 이상의 속성에 관련된 데이터를 포함한다.
제조 프로세스의 특성화 중 적어도 일부는 모델에 의해서 수행될 수 있다. 모델은 제 1 및 제 2 데이터를 지문 성분들의 제 1 및 제 2 클래스로 분해(406)하는 것을 수행할 수 있다. 분해 단계를 담당하는 모델의 부분은 분해 모듈이라고 불릴 수 있다. 제 1 데이터 및 제 2 데이터는 복수 개의 기판으로부터, 예를 들어 기판들의 로트 중의 기판들의 서브세트로부터 획득될 수 있다.
제 1 및 제 2 데이터, 예컨대 레퍼런스 및 오버레이 데이터의 분해를 수행하기 위해서, 분해 모듈은 상이한 데이터 소스들 사이의 상관을 매핑하도록 트레이닝될 수 있다. 분해 모듈은 이러한 매핑을 통계적 모델을 사용하여 달성할 수 있다. 특히 적절한 통계적 모델은 부분 최소 제곱(PLS) (회귀) 기반 모델일 수 있다. PLS 회귀는 각각 제 1 및 제 2 데이터일 수 있는 입력 및 타겟 데이터 세트 사이의 공분산을 최대로 캡쳐하는 것을 목적으로 하는 모델을 생성할 수 있다. PLS 회귀를 사용하는 장점은, 입력 및 출력의 타입에 있어서 유연성이 가능해진다는 것일 수 있다. 제 1 데이터의 타입 및/또는 양(즉 측정별 데이터 포인트의 개수)은 PLS 모듈에 제공되는 제 2 데이터의 양 및/또는 타입과 다를 수 있다. 제 1 데이터 및 제 2 데이터는 복수 개의 동일한 기판으로부터 획득되었을 수 있다. 이것은 제 2 데이터의 양과 비교할 때, 이용가능할 수 있는 레퍼런스 데이터의 타입 및/또는 양과 잘 매칭된다. 트레이닝되면, PLS 모델은 작은 데이터 세트와 함께 사용되기에 적합할 수 있다. PLS 모듈에 대해 추가적으로 및/또는 그 대체예로서, 임의의 다른 타입의 적절한 모델(들)이 사용될 수도 있다. 다른 타입의 모듈의 일 예는 신경망일 수 있다.
PLS 모델을 트레이닝하는 것은 하이퍼파라미터, 즉 성분들의 개수를 조정(tuning)하는 것을 포함할 수 있다. 성분들의 개수를 조정하기 위하여, 트레이닝 데이터가 사용될 수 있다. 트레이닝 데이터는 제 1 데이터 및 제 2 데이터를 포함하는 여러 세트를 포함할 수 있다. 트레이닝용 세트의 개수는 트레이닝 데이터가 획득되는 기판의 개수와 같을 수 있다. 각각의 트레이닝용 세트는 단일 기판에 관련된 데이터를 포함할 수 있다. 하이퍼파라미터를 조정하기 위하여, 데이터는 성분 세트 및 교차-인증(cross-validation) 세트로 분할될 수 있다. 상이한 개수의 성분에 대해서, PLS는 성분 세트에서 여러 번 트레이닝될 수 있다. 성분들의 개수는 1 개와 이용가능한 트레이닝용 세트의 개수에서 1을 뺀 개수 사이에서 변경된다. 남은 트레이닝용 세트들은 교차-인증 세트로서 사용된다. PLS 모델은 성분 세트에서 트레이닝될 수 있고, 그 후에 교차-인증 세트에 적용되고 교차-인증 세트에서 테스트될 수 있다. 교차-인증 세트에 대해서 최선의 결과를 가지는 모델이 선택될 수 있고, 이러한 모델을 트레이닝하기 위하여 사용되는 성분들의 개수가 하이퍼파라미터로서 선택될 수 있다. 최선의 트레이닝 모델을 결정하기 위하여 제곱 평균 제곱근 오차(RMSE)가 사용될 수 있다. 예를 들어, RMSE는 각각의 모델-결정된 매핑, 및 교차-인증 세트의 알려진 제 2 데이터 지문에 대해서 계산될 수 있다. 위의 프로세스가, 예를 들어 트레이닝용 세트 및 교차-인증 세트의 여러 상이한 그룹에 대해서 여러 번 반복될 수 있다. 성분들의 개수를 선택하기 위해서 다른 트레이닝 방법이 사용될 수도 있다.
성분들의 개수를 나타내는 하이퍼파라미터가 선택되었으면, 모델은 모든 트레이닝 데이터를 사용하여 트레이닝될 수 있다. 앞서서 도 4에 관하여 설명된 바와 같이, 이러한 모델은 입력 데이터를 지문 성분의 제 1 클래스(매핑 클래스) 및 제 2 클래스(잔차 클래스)로 분해하기 위해서 트레이닝될 수 있다. 입력 데이터는 제 1 데이터 및 제 2 데이터 양자 모두를 포함할 수 있다. PLS 모듈의 출력은 제 1 데이터의 지문 성분들의 제 1 및 제 2 클래스, 및 제 2 데이터의 지문 성분들의 제 1 및 제 2 클래스를 포함할 수 있다. PLS 모듈의 출력은 제 1 및 제 2 데이터가 관련되어 있는 반도체 제조 프로세스의 특성화를 위해서 제공될 수 있다.
도 5는 획득되고, 매핑 지문 성분 및 잔차 지문 성분으로 분해되는 데이터의 예시적인 개략적 표현(500)을 보여준다. 데이터는 하나 이상의 기판(502)으로부터 획득될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 기판은 기판들의 로트 중의 서브세트일 수 있다. 기판들의 로트는 함께 그룹화되고, 동일한 반도체 제조 프로세스를 거치는 다수의(예를 들어, 25 개의) 기판을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 기판(502)은 다수의 로트에서부터의 기판을 포함할 수도 있다. 하나 이상의 제 2 처리 단계(504) 도중에, 계측 툴은 하나 이상의 기판(502)에 오버레이 측정을 포함하는 측정을 수행할 수 있다. 오버레이 측정 데이터는 단계 506에서 그룹화될 수 있고 전처리될 수 있다. 이러한 전처리는 자동화 시스템에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 전처리는 기판의 에지에 대응하는 데이터의 필터링, 이상치 제거, 정정 단계, 및/또는 정정해제(decorrection) 단계를 수반할 수 있다. 좀 더 자세하게 후술되는 바와 같이, 전처리는 물리적 형상 기반 필터링을 포함할 수도 있다. 제 2 처리 단계(들)(504) 이전의, 동시의, 또는 이후의 하나 이상의 처리 단계에서 획득되었을 수 있는 레퍼런스 데이터(508)가 단계 508에서 제공된다. 전처리된 오버레이 계측 데이터 및 레퍼런스 데이터는 모델(510)에 대한 입력으로서 제공될 수 있다. 모델은 전술된 바와 같은 PLS 회귀를 포함할 수 있다. 모델(510)은 입력을 지문 성분의 여러 클래스, 즉 오버레이 매핑 데이터(overlay mapped data; 512), 레퍼런스 매핑 데이터(514), 오버레이 잔차 데이터(516), 및 레퍼런스 잔차 데이터(518)로 분해하는 것을 수행할 수 있다.
PLS 모델을 매핑 성분 및 잔차 성분으로 분해하는 것은 오버레이 변동의 정정가능 성분 및 정정불가능 성분 양자 모두에서 수행될 수 있다. 또한, 이러한 분해는 정정가능/정정불가능 성분을 결정하기 위하여 이러한 데이터를 모델에 근사화하지 않고/근사화하기 이전에, 계측 데이터에 바로 수행될 수도 있다. PLS 모델은 입력 및 출력에 대해서 상이한 양의 변수를 수신할 수 있는데, 이것은 계측 데이터가 상이한 기판 레이아웃에서 측정되었다고 해도 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 그러면, 분해 및 그에 기반한 임의의 특성화가 정정을 결정하기 위한 모델에 덜 의존하게 된다. PLS 모델은 모델 입력 및 모델 출력 사이에서 매칭하기 위해서 데이터 타입도 데이터 양도 요구하지 않는다. 또한, PLS 모델은 관측치들에 비하여 많은 양의 변수를 가지는 것(예를 들어 변수의 양 >> 측정된 기판의 양)에 대해서 견실하다는 장점을 가질 수 있다. PLS 모델은 데이터 세트 내의 변수들 사이의 다중-공선성(multi-collinearity)에 대해서도 견실할 수 있다. 예를 들어, PLS 모델은 기판 상의 여러 오버레이 타겟들 사이의 공선성에 대해서 견실할 수 있다. 추가적인 장점은, 모델을 결정하기 위해서 하나의 하이퍼파라미터, 즉 성분들의 개수만이 조정되어야 한다는 것일 수 있다.
레퍼런스 및 오버레이 변동 데이터를 모델 차수에 기반하여, 예를 들어 공간 주파수를 사용하여 분해하는 것은, 해당 데이터를 기술하고 표현하기 위하여 적합한 모델을 선택하기 위해서 유용할 수 있다. 그러나, 이것은 분해를 생산 단계에 링크하기 위해서는 유용성을 떨어질 수도 있다. 제조 프로세스의 각각의 단계 중에 도입된 지문은 공간 주파수 도메인에서의 분석에만 기반해서는 분리/식별되지 않을 수도 있다. 추가적인 분해를 위해 활용될 수 있는, 제조 프로세스의 전문가들을 통하여 알려진 특성 속성(characteristic property), 예컨대 형상이 존재할 수도 있다. 그러므로, 하나 이상의 상이한 타입의 분해를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 분해는 기저 함수들의 구체적으로 선택된 조합을 포함하도록 설계될 수 있다. 기저 함수들의 각각의 세트는 처리 단계에 링크될 수 있는 형상을 기술하기에 적합할 수 있다. 기대된 형상 및 하나 이상의 특정 처리 단계로의 그들의 링크의 결정은, 전문가의 지식 및/또는 제조 프로세스의 실험 데이터에 기반하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 기저 함수는 제르니케 다항식, 및/또는 임의의 다른 적절한 기저 함수를 포함할 수 있다.
분해가 수행되었으면, 데이터는 반도체 제조 프로세스를 특성화하기 위해서 사용될 수 있다. 일부 실례들에서, 특성화는 오프라인으로, 다시 말해서 반도체 제조 프로세스 자체로부터 독립적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 특성화는 제품상 오버레이 변동의 근본 원인 분석을 포함할 수 있다. 오버레이 측정을 레퍼런스 데이터 그 자체와 연관된 성분으로 분할하는 것은, 성분들의 원인을 브레이크다운하는 것이다. 또한, 특성화는 성분들 각각에 대한 추적 분석(follow-up analysis)을 포함할 수 있다. 추적 특성화는 임의의 타입의 공지된 예산 브레이크다운 방법론, 및/또는 좀 더 자세하게 후술되는 바와 같은 물리적 형상 기반 브레이크다운을 포함할 수 있다.
일부 실례들에서 특성화는 온라인 애플리케이션으로서(즉, 제조 프로세스 도중에, 예를 들어 리소그래피 투영 도중에) 구현될 수 있다. 예를 들어, 특성화는 제조 프로세스의 제품상 오버레이 성능의 온라인 모니터링을 위해서 사용될 수 있다. 트레이닝된 이후에, PLS 모델은 적은 양의 입력에 기반하여 분해를 수행할 수 있다. 그러면 PLS 모델이 적은 양의 데이터만이 이용가능할 수 있는 온라인 애플리케이션을 위한 모델로서 유리한 선택이 될 수 있다. 데이터의 적은 양 및 많은 양은 이용가능한 총 데이터량에 상대적으로 판단된다. 예시적인 구현형태에서, 적은 양의 데이터는 1 개 내지 40 개의 기판에 관련된 데이터일 수 있는 반면에, 많은 양의 데이터는 40 개 내지 100 개의 기판에 관련된 데이터일 수 있다. 예를 들어 대량 제조 애플리케이션에서 이용가능한 데이터의 양이 증가함에 따라서, 적은 양과 많은 양의 정의가 대응하도록 조절될 수 있다.
트레이닝되면, 모델 매핑, 예컨대 도 5와 관련하여 설명된 매핑은 안정한 제조 프로세스를 위한 재트레이닝을 요구하지 않고서 일관적으로 사용될 수 있다. 이것은 상이한 데이터 세트들을 비교하는 것을 도울 수 있다. 제조 프로세스의 온라인 모니터링에 기반하여, 변경 및 업데이트가 이루어질 수 있다(예를 들어, 리소그래피 장치의 투영 시스템에 정정을 적용함). 그러면 결과적으로, 프로세스에 대한 연속 업데이트가 이루어질 수 있고, 이것은 처리 시스템의 업데이트 또는 정정을 위하여 요구되는 고장시간들 사이의 기간이 더 길어지게 할 수 있다. 일부 구현형태들에서, 모델로 들어오는 새로운 계측 데이터가 입력되는 것에 응답하여 모델을 업데이트하는 것이 가능할 수 있는데, 그러면 큰 프로세스 변경이 발생할 때에 모델을 재트레이닝할 필요가 없어질 수 있다.
반도체 제조 프로세스를 온라인 또는 오프라인으로 특성화하는 것은 오버레이 최적화, 정렬 최적화, 및/또는 수율 개선을 위해서 사용될 수 있다. 특성화는 제조 프로세스에 대한 조절/업데이트의 추천이 결과적으로 얻어지게 할 수 있다. 예를 들어, 조절은 피드백 및/또는 피드포워드 제어로서 제공될 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 반도체 제조 프로세스의 특성화는 로트 배치(lot dispositioning)를 개선하기 위해서 사용될 수 있다. ADI 오버레이 계측에 기반하여, 기판이 에칭후(AEI)에 제품 사양 안에 포함될 것인지 여부를 판정하는 것이 가능할 수 있다. 현상 이후에도 기판이 사양을 만족시키지 않는다면 기판을 재작업하고, 재노광할 기회가 있기 때문에, 이것은 유익할 수 있다. 그러나, 에칭 단계가 완료된 후에는 이것이 더 이상 가능하지 않고, 사양을 벗어나는 임의의 기판은 폐기되어야 할 것이다. 본 명세서에서 설명되는 PLS 모델은 레퍼런스 ADI 데이터의 입력이 AEI (오버레이) 데이터의 추정을 결정하기 위하여 사용될 수 있도록 적응될 수 있다. 이러한 추정은 ADI (레퍼런스) 데이터 및 AEI (오버레이) 데이터 사이의 알려진 상관 및 매핑을 이용할 수 있는데, 이것은 해당 모델이 식별 및 분해하도록 트레이닝되었던 것이다.
예시적인 구현형태에서, 레퍼런스 데이터라고도 불리는 제 1 데이터는 ADI 오버레이 데이터를 포함할 수 있다. 제 2 데이터는 AEI 오버레이 데이터를 포함할 수 있다. ADI 및 AEI 데이터는 임의의 이전에 적용된 정정(예를 들어 APC 정정)에 대해서 정정해제될 수 있다(de-corrected). ADI 오버레이 데이터 및 AEI 오버레이 데이터 사이의 모델 매핑이 수행될 수 있다. 이러한 두 가지 데이터 타입들 사이의 매핑 성분의 근본 원인은 상단 층 리소그래피 장치 기여분, 및/또는 바닥 층 기여분을 포함할 수 있다. 예를 들어, ADI 데이터에 대한 잔차 성분의 근본 원인은 바닥 격자 비대칭, 타겟 불일치, 레이아웃 불일치, 및/또는 ADI 측정에 대한 계측 아티팩트를 포함할 수 있다.
예를 들어, AEI 데이터에 대한 잔차 성분의 근본 원인은 상단 층 기판 처리, 타겟 불일치, 레이아웃 불일치, 및/또는 AEI 측정에 대한 계측 아티팩트를 포함할 수 있다.
다른 예시적인 구현형태에서, 제 1 데이터는, 예를 들어 리소그래피 장치에 의한 노광 도중에 획득된 기판 정렬 계측 데이터를 포함할 수 있다. 제 2 데이터는 ADI 오버레이 데이터를 포함할 수 있다. ADI 오버레이 데이터는 이전에 적용된 정정(예를 들어 AL 정정)에 대해서 정정해제되었을 수 있다. 기판 정렬 및 ADI 오버레이 사이의 모델 매핑이 수행될 수 있다. 이러한 두 가지 데이터 타입 사이의 매핑 성분의 근본 원인은 바닥 층 그리드 변형을 포함할 수 있다. 예를 들어, 정렬 데이터에 대한 잔차 성분의 근본 원인은 정렬 마크 변형, 타겟 불일치, 레이아웃 불일치, 및/또는 정렬 측정에 대한 계측 아티팩트를 포함할 수 있다. 예를 들어, ADI 오버레이 데이터에 대한 잔차 성분의 근본 원인은 상단 층 리소그래피 장치 기여분, 타겟 불일치, 레이아웃 불일치, 및/또는 ADI 측정으로부터의 계측 아티팩트를 포함할 수 있다.
다른 예시적인 구현형태에서, 제 1 데이터는 계측 주요 성능 표시자(metrology key performance indicator)를 포함할 수 있다. 제 2 데이터는 AEI 및/또는 ADI 오버레이 데이터를 포함할 수 있다. 계측 주요 성능 표시자 및 AEI 및/또는 ADI 오버레이 데이터 사이의 모델 매핑이 수행될 수 있다. 이러한 두 가지 데이터 타입 사이의 매핑 성분의 근본 원인은 주요 성능 표시자 변동의 오버레이 영향을 포함할 수 있다. 계측 주요 성능 표시자에 대한 잔차 성분의 근본 원인은, 예를 들어 잔차 주요 성능 표시자 변동을 포함할 수 있다. AEI 오버레이 데이터에 대한 잔차 성분의 근본 원인은, 예를 들어 잔차 오버레이 변동을 포함할 수 있다.
위의 예시적인 구현형태는 망라적인 목록이 아니고, 및 상이한 처리 단계로부터의 데이터 타입들 사이의 그 외의 매핑, 및/또는 다수의 데이터 타입 매핑들의 조합이 구현될 수 있다.
전술된 예시적인 구현형태에 대하여 대안적으로 및/또는 추가적으로, 근본 원인을 분해된 성분에 링크시키기 위해서 물리적 형상 기반 브레이크다운/필터링이 사용될 수 있다. 브레이크다운은 각각의 기판에 대하여 개별적으로 물리적 형상 오버레이 모델을 제 2 오버레이 데이터에 근사화하는 것, 및 모델 콘텐츠를, 예를 들어 예산 브레이크다운(budget breakdown), 시간 거동(temporal behaviour), 및/또는 클러스터링을 사용하여 분석하는 것을 포함할 수 있다.
이러한 방법론에서 사용되는 예시적인 물리적 형상 오버레이 모델이 도 6에 도시된다. 이러한 모델은 리소그래피 장치(LA) 또는 리소그래피 툴(예를 들어 기판 처리 툴)에 의해 생성된 바와 같은 공통 오버레이 지문과 매칭될 수 있다. 도시된 모델은 필드내(602) 물리적 모델 및 필드간(604, 606, 608, 610) 물리적 모델을 표현할 수 있고, 여기에서 하나의 필드는 하나의 노광 필드를 나타낸다. 필드간 물리적 모델은 에지(604), 회전(606), 보우(bow; 608), 및/또는 스월(swirl; 610)을 포함할 수 있다(필드간 물리적 모델은 전체 기판을 표현할 수 있다). 리소그래피 장치는 필드내 지문 변동에 대한 주로 기여하는 주된 원인일 수 있는데, 그 이유는 리소그래피 노광이 필드별로 발생하기 때문이다. 리소그래피 제조 프로세스의 지식이 도 6의 모델에 의해서 표현되는 상이한 타입의 물리적 형상 변동에 대한 잠재적인 근본 원인을 결정하기 위하여 사용될 수 있다. 에지 타입 물리적 형상 변동에 대한 근본 원인은, 예를 들어 에칭 틸트 및/또는 기판 워프(warp)를 포함한다. 회전에 대한 근본 원인은, 예를 들어 화학적 기계적 연마(CMP)를 포함할 수 있다. 보우에 대한 근본 원인은, 예를 들어 에칭 틸트, 리소그래피 장치 웨이퍼 로드 그리드(wafer load grid; WLG)(기판을 척 상에서 클램핑하는 것으로부터 초래되는 기판 변형), 증착, 및/또는 기판 워프를 포함할 수 있다. 스월에 대한 근본 원인은, 예를 들어 어닐링 및/또는 증착을 포함할 수 있다.
필드간 변동이 측정되고 기판 정렬에 의해서 정정될 수 있다. 측정 부정확성, 제한된 샘플링, 제한된 모델 충실도, 제한된 작동 범위, 및/또는 간접적 정렬 전략에 기인하여, 모든 필드간 지문이 캡쳐되고 기판 정렬에 의해서 정정될 것이 아닐 수도 있다. 또한, 레티클 가열 및/또는 웨이퍼 가열과 같은 효과가 노광 도중에 도입될 수 있고, 기판 정렬에 의해서 정정가능하지 않을 수도 있다. 노광 이후에(예를 들어, 에칭 도중에) 도입된 임의의 지문은 정렬에 의해서 정정가능하지 않을 수도 있는데, 그 이유는 이러한 프로세스 단계가 프로세스 흐름에서 나중에 있기 때문이다.
만일, 특정한 애플리케이션에 대하여 리소그래피 장치 유발 효과 및 필드간 물리적 형상 사이의 크로스-토크의 위험이 높게 존재한다면, 일부 추가적인 전처리가 더 특정한 오버레이 분해를 제안할 수 있다. 이것은 본 명세서에서 설명되는 PLS 매핑 방법을 사용할 수 있다. 이러한 전처리는, 예를 들어 ADI-AEI 오버레이를 매핑함으로써 특정한 기판 처리 기여분들을 고립시킬 수 있다. 그러면, ADI 측정 스테이지에서 이미 관측된 변동이 추출될 수 있다. 이러한 접근법은 ADI 및 AEI 사이에 도입된 처리 변동을 ADI 이전에 도입된 처리 변동으로부터 고립시키는 것을 허용할 수 있다. ADI 스테이지에서 존재하지 않은 AEI 기여분은 리소그래피 장치 기여분을 제외한다.
전문가의 지식 및 고객 프로세스의 고수준 이해와 결합된, 각각의 물리적 형상에 대한 정량화된 오버레이 변동은 어떤 근본 원인이 오버레이 변동의 가능한 소스인지를 식별할 수 있게 할 수 있다. 이러한 방법론의 장점은, 이것이 오버레이 계측 데이터의 여러 로트들의 이용가능성 이외의 임의의 추가적인 데이터 요건을 부과하지 않는다는 것일 수 있다. 그러면 물리적 형상 모델 분해가 분석 목적을 위하여 그리고 연속적인 오버레이 변동 모니터링을 위하여 실용적인 툴이 되게 될 수 있다. 이것은, 예를 들어 근본 원인 식별을 위하여, 및/또는 프로세스 제어 목적을 위하여, 물리적 형상에 기반한 클러스터링을 위하여 사용될 수 있다.
본 명세서에서 IC를 제조하는 분야에 리소그래피 장치를 이용하는 것에 대해 특히 언급될 수 있지만, 본원에서 기술된 리소그래피 장치는 다른 응용예를 가질 수 있음이 이해돼야 한다. 가능한 다른 적용예는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리(magnetic domain memory) 용 가이드 및 검출 패턴(guidance and detection pattern), 평판 디스플레이, LCD(Liquid Crystal Display), 박막 자기 헤드 등의 제조를 포함한다.
비록 본 명세서에서 리소그래피 장치의 맥락에서 실시형태가 특정하게 참조되었지만, 본 발명의 실시형태는 다른 장치에서도 사용될 수 있다. 본 발명의 실시형태는 마스크 검사 장치, 계측 장치, 또는 웨이퍼(또는 다른 기판) 또는 마스크(또는 다른 패터닝 디바이스)와 같은 대상물을 측정하거나 처리하는 임의의 장치의 일부가 될 수 있다. 이러한 장치는 일반적으로 리소그래피 툴이라고 지칭될 수 있다. 이러한 리소그래피 툴은 진공 조건 또는 주변(비-진공) 조건을 사용할 수 있다.
비록 본 명세서에서 검사 또는 계측 장치의 맥락에서 본 발명의 실시형태가 특정하게 참조되었지만, 본 발명의 실시형태는 다른 장치에서도 사용될 수 있다. 본 발명의 실시형태는 마스크 검사 장치, 리소그래피 장치, 또는 웨이퍼(또는 다른 기판) 또는 마스크(또는 다른 패터닝 디바이스)와 같은 대상물을 측정하거나 처리하는 마스크 검사 장치의 일부가 될 수 있다. "계측 장치"(또는 "검사 장치")라는 용어는 검사 장치 또는 검사 시스템(또는 계측 장치 또는 계측 시스템)도 가리킬 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태를 포함하는 검사 장치는 기판의 결함 또는 기판 상의 구조체의 결함을 검출하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 기판 상의 구조체의 관심 특성은, 구조체 내의 결함, 구조체의 특정 부분의 부재, 또는 기판 상의 원치 않는 구조체의 존재와 관련될 수 있다.
비록 특정한 참조가 위에서 광 리소그래피의 콘텍스트에서의 본 발명의 실시형태의 사용에 대하여 이루어졌지만, 콘텍스트가 허용하는 경우 본 발명은 광학 리소그래피로 한정되지 않고, 다른 애플리케이션, 예를 들어 임프린트(imprint) 리소그래피에서 사용될 수도 있다는 것이 인정될 것이다.
비록 전술된 타겟 또는 타겟 구조체(더 일반적으로는 기판 상의 구조체)가 측정의 목적을 위하여 특정하게 설계되고 형성된 계측 타겟 구조체들인 반면에, 다른 실시형태들에서는, 관심 속성은 기판에 형성된 디바이스의 기능성 부분인 하나 이상의 구조체들에서 측정될 수도 있다. 많은 디바이스들은 정규의 격자-유사 구조를 가진다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 구조체, 타겟 격자, 및 타겟 구조체라는 용어는 해당 구조체가 수행되는 중인 측정에 대하여 특정하게 제공되어야 한다는 것을 요구하지 않는다. 더 나아가, 계측 타겟의 피치는 산란계의 광학 시스템의 분해능 한계에 가까울 수도 있고 그것보다 작을 수도 있으나, 타겟부(C) 내에서 리소그래피 프로세스에 의해 제조되는 통상적 비-타겟 구조체, 선택적으로는 제품 구조체의 치수보다는 훨씬 클 수 있다. 비 실무상, 타겟 구조체 내의 오버레이 격자의 라인 및/또는 공간은 비-타겟 구조체와 유사한 치수인 더 작은 구조체를 포함하도록 제조될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태들은 아래의 번호가 매겨진 절들의 목록에서 개시된다:
1. 복수 개의 기판에 수행된 반도체 제조 프로세스를 특성화하기 위한 방법으로서,
제 1 프로세스 단계 이후에 측정된 기판의 지문 데이터와 연관된 제 1 데이터를 획득하는 단계;
제 2 프로세스 단계 이후에 측정된 기판의 지문 데이터와 연관된 제 2 데이터를 획득하는 단계;
통계적 모델을 사용하여 상기 제 1 데이터 및 상기 제 2 데이터를 상기 제 1 데이터와 상기 제 2 데이터 사이에서 상호 상관되는 지문 성분들의 제 1 클래스 및 상기 제 1 데이터와 상기 제 2 데이터 사이에서 상호 상관되지 않는 지문 성분들의 제 2 클래스로 분해하는 단계; 및
상기 지문 성분들의 제 1 클래스 및 상기 지문 성분들의 제 2 클래스 중 적어도 하나를 사용하여 상기 반도체 제조 프로세스를 특성화하는 단계를 포함하는, 반도체 제조 프로세스 특성화 방법.
2. 제 1 절에 있어서,
상기 제 2 데이터는 오버레이 데이터를 포함하는, 반도체 제조 프로세스 특성화 방법.
3. 제 1 절 또는 제 2 절에 있어서,
상기 제 1 데이터는,
오버레이 데이터, 정렬 데이터, 레벨링 데이터, 기판 기하학적 구조 데이터, 기판 토포그래피 데이터, 계측 툴 데이터, 또는 상기 기판과 별개인 복수 개의 제 2 기판으로부터의 이력 오버레이 데이터
중 하나 이상을 포함하는, 반도체 제조 프로세스 특성화 방법.
4. 제 1 절 내지 제 3 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 제 1 데이터 및 상기 제 2 데이터의 분해는 부분 최소 제곱 모델에 의하여 수행된, 반도체 제조 프로세스 특성화 방법.
5. 제 4 절에 있어서,
상기 모델은 부분 최소 제곱 회귀에 기반한, 반도체 제조 프로세스 특성화 방법.
6. 제 4 절 또는 제 5 절에 있어서,
상기 부분 최소 제곱 모델은 모델의 부분 최소 제곱 성분의 개수의 최적화를 포함한 트레이닝 프로세스로 트레이닝된 것인, 반도체 제조 프로세스 특성화 방법.
7. 제 4 절 내지 제 6 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 부분 최소 제곱 모델은 물리적 형상 필터링을 포함한 트레이닝 프로세스로 트레이닝된 것인, 반도체 제조 프로세스 특성화 방법.
8. 제 1 절 내지 제 7 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 제 1 프로세스 단계는 상기 제 2 프로세스 단계 이전에 일어나는, 반도체 제조 프로세스 특성화 방법.
9. 제 1 절 내지 제 7 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 제 1 프로세스 단계 및 상기 제 2 프로세스 단계는 동일한 프로세스 단계이고,
상기 제 1 데이터는 상기 제 2 데이터에 의해 표현되는 하나 이상의 속성과 다른 하나 이상의 속성을 나타내는, 반도체 제조 프로세스 특성화 방법.
10. 제 1 절 내지 제 7 절 및 제 9 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 제 1 프로세스 단계 및 상기 제 2 프로세스 단계는 동일하고,
상기 제 1 데이터 및 상기 제 2 데이터는 상이한 계측 툴을 사용하여 측정된, 반도체 제조 프로세스 특성화 방법.
11. 제 1 절 내지 제 10 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 복수 개의 기판은 기판들의 동일한 로트에 속하는, 반도체 제조 프로세스 특성화 방법.
12. 제 1 절 내지 제 11 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 제 1 데이터는 현상후 검사 도중에 획득된 것이고,
상기 제 2 데이터는 에칭후 검사 도중에 획득된 것인, 반도체 제조 프로세스 특성화 방법.
13. 제 1 절 내지 제 12 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 반도체 제조 프로세스를 특성화하는 단계는,
지문 내의 식별된 오차의 하나 이상의 주원인(root cause)을 결정하는 것을 포함하는, 반도체 제조 프로세스 특성화 방법.
14. 제 1 절 내지 제 13 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 반도체 제조 프로세스를 특성화하는 단계는,
제조되는 패터닝된 기판의 수율의 분석을 포함하는, 반도체 제조 프로세스 특성화 방법.
15. 제 1 절 내지 제 14 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 특성화하는 단계는 제조 프로세스와 별개로 오프라인에서 수행된, 반도체 제조 프로세스 특성화 방법.
16. 제 1 절 내지 제 15 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 특성화하는 단계는 제조 프로세스 내의 모니터링 단계로서 온라인에서 수행된, 반도체 제조 프로세스 특성화 방법.
17. 제 16 절에 있어서,
상기 모니터링 단계에 응답하여, 온라인 제조 프로세스에 업데이트가 이루어지는, 반도체 제조 프로세스 특성화 방법.
18. 제 1 절 내지 제 17 절 중 어느 한 절에 있어서,
상기 반도체 제조 프로세스를 특성화하는 단계에 기반하여, 하나 이상의 조절이 피드백 및/또는 피드포워드 제어로서 제조 프로세스에 제공되는, 반도체 제조 프로세스 특성화 방법.
19. 하나 이상의 프로세서에서 실행될 때, 프로세서가 제 1 절 내지 제 18 절 중 어느 한 절에 따른 방법을 수행하게 하는 명령을 저장하는 비-일시적 저장 매체.
20. 하나 이상의 프로세서에서 실행될 때, 프로세서가 제 1 절 내지 제 18 절 중 어느 한 절에 따른 방법을 수행하게 하는 명령을 저장하는 컴퓨터 프로그램 제품.
21. 제 20 절에 따른 컴퓨터 프로그램 제품을 포함하는 계측 장치.
22. 제 20 절에 따른 컴퓨터 프로그램 제품을 포함하는 검사 장치.
23. 제 20 절에 따른 컴퓨터 프로그램 제품을 포함하는 리소그래피 셀.
비록 특정한 실시예가 위에서 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 위의 설명은 한정적인 것이 아니라 예시적인 의도로 제공된다. 따라서, 다음 진술되는 청구항의 범위로부터 벗어나지 않으면서, 설명된 바와 같은 본 발명에 변경이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게는 명백할 것이다.
비록 "계측 장치 / 툴 / 시스템" 또는 "검사 장치 / 툴 / 시스템"을 특정하게 참조하지만, 이러한 용어는 동일하거나 유사한 타입의 툴, 장치 또는 시스템을 가리킬 수도 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태를 포함하는 검사 또는 계측 장치는 기판 위의 또는 웨이퍼 위의 구조체의 특성을 결정하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태를 포함하는 검사 장치 또는 계측 장치는 기판의 결함 또는 기판 위의 또는 웨이퍼 위의 구조체의 결함을 검출하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 기판 또는 웨이퍼 상의 구조체의 특성은, 예를 들어 구조체 내의 결함, 구조체의 특정 부분의 부재, 또는 기판 상의 원치 않는 구조체의 존재와 관련될 수 있다.
비록 SXR 및 EUV 전자기 방사선을 구체적으로 언급하지만, 문맥이 허용한다면 본 발명이 무선파, 마이크로파, 적외선, 광(가시광), 자외선, x-선, 및 감마 광선을 포함하는 모든 전자기 방사선을 사용하여 실시될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 광계측 방법에 대한 대안으로서, x-선, 선택적으로 하드 x-선, 예를 들어 0.01nm 내지 10nm, 또는 선택적으로 0.01nm 내지 0.2 nm, 또는 선택적으로 0.1nm 내지 0.2nm의 파장 범위에 속하는 방사선을 계측 측정을 위해서 사용하는 것도 역시 고려되어 왔다.
Claims (15)
- 복수 개의 기판에 수행된 반도체 제조 프로세스를 특성화하기 위한 방법으로서,
제 1 프로세스 단계 이후에 측정된 기판의 지문 데이터와 연관된 제 1 데이터를 획득하는 단계;
제 2 프로세스 단계 이후에 측정된 기판의 지문 데이터와 연관된 제 2 데이터를 획득하는 단계;
통계적 모델을 사용하여 상기 제 1 데이터 및 상기 제 2 데이터를 상기 제 1 데이터와 상기 제 2 데이터 사이에서 상호 상관되는 지문 성분들의 제 1 클래스 및 상기 제 1 데이터와 상기 제 2 데이터 사이에서 상호 상관되지 않는 지문 성분들의 제 2 클래스로 분해하는 단계; 및
상기 지문 성분들의 제 1 클래스 및 상기 지문 성분들의 제 2 클래스 중 적어도 하나를 사용하여 상기 반도체 제조 프로세스를 특성화하는 단계를 포함하는, 반도체 제조 프로세스 특성화 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 데이터는 오버레이 데이터를 포함하고,
상기 제 1 데이터는,
오버레이 데이터, 정렬 데이터, 레벨링 데이터, 기판 기하학적 구조 데이터, 기판 토포그래피 데이터, 계측 툴 데이터, 또는 상기 기판과 별개인 복수 개의 제 2 기판으로부터의 이력 오버레이 데이터
중 하나 이상을 포함하는, 반도체 제조 프로세스 특성화 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 통계적 모델은 부분 최소 제곱 모델(partial least squares)인, 반도체 제조 프로세스 특성화 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 부분 최소 제곱 모델은, 모델의 부분 최소 제곱 성분의 개수의 최적화를 포함한 트레이닝 프로세스로 트레이닝된 것인, 반도체 제조 프로세스 특성화 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 부분 최소 제곱 모델은, 물리적 형상 필터링을 포함한 트레이닝 프로세스로 트레이닝된 것인, 반도체 제조 프로세스 특성화 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 프로세스 단계는 상기 제 2 프로세스 단계 이전에 일어나는, 반도체 제조 프로세스 특성화 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 프로세스 단계 및 상기 제 2 프로세스 단계는 동일한 프로세스 단계이고,
상기 제 1 데이터는 상기 제 2 데이터에 의해 표현되는 하나 이상의 속성과 다른 하나 이상의 속성을 나타내는, 반도체 제조 프로세스 특성화 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 프로세스 단계 및 상기 제 2 프로세스 단계는 동일하고,
상기 제 1 데이터 및 상기 제 2 데이터는 상이한 계측 툴을 사용하여 측정된, 반도체 제조 프로세스 특성화 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수 개의 기판은 기판들의 동일한 로트에 속하는, 반도체 제조 프로세스 특성화 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 데이터는 현상후 검사 도중에 획득된 것이고,
상기 제 2 데이터는 에칭후 검사 도중에 획득된 것인, 반도체 제조 프로세스 특성화 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 반도체 제조 프로세스를 특성화하는 단계는,
지문 내의 식별된 오차의 하나 이상의 주원인(root cause)을 결정하는 것을 포함하는, 반도체 제조 프로세스 특성화 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 반도체 제조 프로세스를 특성화하는 단계는,
제조되는 패터닝된 기판의 수율의 분석을 포함하는, 반도체 제조 프로세스 특성화 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 반도체 제조 프로세스를 특성화하는 단계에 기반하여, 하나 이상의 조절이 피드백 및/또는 피드포워드 방식으로 제조 프로세스에 제공되는, 반도체 제조 프로세스 특성화 방법. - 하나 이상의 프로세서에서 실행될 때, 프로세서가 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하게 하는 명령을 저장하는 비-일시적 저장 매체.
- 하나 이상의 프로세서에서 실행될 때, 프로세서가 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하게 하는 명령을 저장하는 컴퓨터 프로그램 제품.
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